EP0455871A2 - Laboratory centrifuge - Google Patents

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EP0455871A2
EP0455871A2 EP90123657A EP90123657A EP0455871A2 EP 0455871 A2 EP0455871 A2 EP 0455871A2 EP 90123657 A EP90123657 A EP 90123657A EP 90123657 A EP90123657 A EP 90123657A EP 0455871 A2 EP0455871 A2 EP 0455871A2
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EP
European Patent Office
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shaft
motor
centrifuge according
pulse generator
light
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EP90123657A
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German (de)
French (fr)
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EP0455871B1 (en
EP0455871A3 (en
Inventor
Rüdiger Uhlendorf
Heinz-Gerhard Dr. Köhn
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Thermo Electron LED GmbH
Original Assignee
Heraeus Sepatech GmbH
Heraeus Instruments GmbH
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Publication date
Application filed by Heraeus Sepatech GmbH, Heraeus Instruments GmbH filed Critical Heraeus Sepatech GmbH
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Publication of EP0455871A3 publication Critical patent/EP0455871A3/en
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/486—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by photo-electric detectors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges
    • B04B5/04—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers
    • B04B5/0407—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers for liquids contained in receptacles
    • B04B5/0414—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers for liquids contained in receptacles comprising test tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B9/00—Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
    • B04B9/10—Control of the drive; Speed regulating

Definitions

  • the present invention relates to a laboratory centrifuge with a drive motor, which is fastened in an oriented manner in its motor housing, and with a device for contactless detection of the speed of the drive shaft of the motor, this device having a pulse generator which is connected to a rotating part of the motor or a part in rotary connection with the motor is mechanically coupled, and with a pickup that is fixedly connected to the housing, wherein the pulse generator and the pickup are positioned in relation to one another such that the pulse generator when the motor is operating in the pickup Generated signal sequence, the time function of which depends on the speed.
  • Centrifuges with such devices for contactless detection of the speed of the drive shaft of the motor are generally known. Especially when centrifuging, it is essential to set the exact speeds and thus the required centrifugal forces when centrifuging.
  • Various systems are known for such a speed measurement.
  • Such a system uses a so-called index disk, i.e. a disk that is placed on the drive shaft of the motor and that has equidistant slots distributed around the circumference. This disk runs through a Hall probe and generates a speed-dependent pulse sequence with the rotation of the shaft.
  • Another system also uses such an index disk, which taps the slot sequence of the index disk via optical elements, for example a light-emitting diode and a phototransistor.
  • Another device for contactless detection of the speed of the drive shaft of the motor uses a magnetizable ring which is alternately magnetized differently. A Hall probe is also used as a pickup to pick up this magnetization sequence.
  • the "Suprafuge 22" product information from Heraeus Sepatech GmbH (2M 8.87 / N Kr) describes a centrifuge that is equipped with automatic rotor detection. This rotor detection consists of a ring segment on the underside of the rotor, which has bars with different reflectivity distributed around the circumference. The type of different surfaces enables the rotor type to be automatically determined using a microcomputer. To scan the individual fields, optical scanning elements, which are arranged in a stationary manner in a centrifuge bowl surrounding the rotor, are also used here. The speed can also be determined via such reflection fields via the time-dependent pulse sequence.
  • the present invention is based on the object of specifying a device for contactless detection of the speed of the drive shaft of the motor of a centrifuge, which, in particular with regard to the pulse generator, does not require any additional components which have as little interference as possible on the actual rotor, in particular at high speeds brings and which allows a simple construction in terms of easy adjustment.
  • a centrifuge of the type described above by a light barrier having a light transmitter and a light receiver, into the beam path of which the output-side end of the shafts protrudes, the shaft forming the pulse generator and this end of the shaft having at least one recess such that it alternately interrupts and releases the beam path of the light barrier when it is turned.
  • the pulse generator is formed only by the drive end of the drive shaft of the motor, which has a recess. This recess or the pulse generator formed thereby is located in an area of the centrifuge that is very far from the actual rotor and thus does not cause any interference.
  • Sufficient space is usually available on the underside of the rotor, that is to say at the output end, in order to arrange the pickup there in the form of the light barrier. Since the shaft of the motor is used to alternately interrupt and release the light barrier and thus produce a speed-dependent pulse train, i.e. the light barrier can be arranged at a small radial distance from the axis of the drive shaft, no great adjustment effort is required to move the light barrier Position the drive shaft to ensure that the drive shaft interrupts or releases the beam path of the light barrier. Furthermore, it is ensured that when changing the rotor, for example when loading the rotor or when replacing the rotor with another rotor type, the parts of the speed detection, that is, the The pulse generator and the pickup remain unaffected. These components are fully protected on the underside of the motor and positioned practically inaccessible to the user of the centrifuge.
  • the recess can be designed as a slot running parallel to the axis, the slot being opened toward the end face of the shaft with a view to simple manufacture.
  • This slot releases the light barrier with each rotation, the light beam falling through this slot from the photo diode onto the photo transistor, while it interrupts this light barrier in further angular positions.
  • a further preferred possibility of opening or closing the light barrier is provided by a bore which leads through the shaft transverse to the axis of the shaft.
  • the drive shaft can be flattened on the outside at its output end, so that this flattened part also releases the light barrier.
  • the light barrier is positioned offset to the side of the axis of the drive shaft. In any case, it is ensured that no additional components are required on the drive unit itself.
  • the recess at the output-side end of the shaft can be manufactured in a simple manner, since motors for centrifuges usually have special drive shafts anyway and, for example, only a very few or only one additional manufacturing step is required for this in the CNC manufacturing process. It proves to be particularly advantageous that no pre-assembly on the rotor is required for the purpose of determining the speed, and thus minimizing the storage by eliminating the usual assembly components and parts composed thereof.
  • both the light transmitter and the light receiver are arranged on a carrier plate, so that they are in a fixed association with one another stand.
  • This carrier plate can then be attached in a simple manner below the motor, this carrier plate preferably being held centered on a flange part of the motor housing in relation to the axis of the shaft.
  • the drive motors of a centrifuge are usually equipped anyway with a specially manufactured lower housing part in order to fix the drive unit with the lower housing part on a base plate such that the drive shaft runs vertically upwards.
  • a conductor plate is used as the carrier plate, which is equipped with both the light transmitter and the light receiver and at the same time has the conductor tracks for the current supply and discharge.
  • this circuit board can have a connector to connect the light transmitter and the light receiver to a central supply and evaluation unit.
  • the circuit board is provided with an electrically conductive grid that shields the conductor tracks and is grounded or connected to the potential of the motor housing.
  • the grid can be electrically conductively connected directly to the housing, and in a particularly simple construction this contacting of the grid with the housing is made directly via the fastening screws with which the Circuit board is attached to the motor housing.
  • the lower motor housing is equipped with a flange part for receiving the circuit board, it is possible to mount and adjust the light barrier on the motor housing in which the carrier plate or circuit board is directly is attached to this flange part, with the output-side end of the drive shaft can be positioned exactly between the light barrier in such an arrangement.
  • a light emitting diode has become a light transmitter and a light receiver Well proven photo transistor; such components are commercially available and very inexpensive.
  • the centrifuge as shown in Fig. 1, has a housing 1, which is closed at the top with a lid 2.
  • the cover 2 is sealed off from the housing 1 by a sealing lip 3 inserted into the edge of the housing.
  • Inside the housing there is a drive motor 4 which is fastened to the base plate 5 via vibration-damping bearing parts 6 in such a way that a drive shaft 7 or its axis 8 is aligned vertically.
  • a fixed-angle rotor 9 is placed on this drive shaft 7 and has a plurality of receptacles for sample tubes 10 distributed over its circumference.
  • the output-side end 11 of the drive shaft 7 protrudes slightly above a lower flange part 12 with which the motor is attached to the bearing parts 6.
  • This output-side end 11 has a slot 13 which extends from the end face 14 of the shaft 7 in the direction of the axis 8, as can also be seen from FIG. 3.
  • a circuit board 15 Centrally to the axis 8, mounted on a circuit board 15, as shown in FIG. 2, is a light barrier with a light-emitting diode 16 serving as a light transmitter and one attached as a light receiver photo transistor 17 attached.
  • This circuit board is fastened by means of screws 18 to four openings 19 on the lower flange part 12.
  • This flange part 12 has four blind holes 20 for fastening the printed circuit board 15 with the screws 18.
  • the arrangement of the circuit board 15 on the lower flange part 12 provides an exact positioning of the light barrier formed by the light-emitting diode 16 and the photo transistor 17.
  • the printed circuit board 15 is securely fastened to the underside of the motor, so that a user has no access to this device for contactless detection of the speed of the drive shaft 7 even when the rotor 9 is replaced.
  • the printed circuit board 15 carries the necessary printed conductors 21 for the power supply, only a part of the printed conductors 21 being visible on the upper side of the printed circuit board 15 in FIG. 2, while others Conductor tracks are applied to the underside of the circuit board.
  • the conductor tracks end in a contact plug 22 in which a supply line 24 leading to an evaluation unit 23 is inserted.
  • This evaluation unit 23 can be arranged in any area of the centrifuge housing 1.
  • This grid 25 is grounded and forms a shield for the individual conductor tracks 21.
  • This grid 25 is, as shown in FIG. 2, via connecting tracks 26, which lead to the openings 19 of the circuit board 15, with the screws 18 with the lower one Flange part 12 of the motor 4 connected so that this grid 24 is grounded to the flange part 12 without additional components being required.
  • Fig. 4 shows an embodiment of the output end 11 of the drive shaft 7, in which the recess is formed by a bore 26 penetrating the lateral surface of the shaft 7.
  • the light barrier with the light-emitting diode 16 and the photo transistor 17 is assigned to this bore 26. With each rotation of the drive shaft 7 by 180 °, the light barrier is opened or closed, so that two pulses are generated with each full rotation of the drive shaft.
  • the cutout at the output-side end 11 of the drive shaft 7 is formed by a flattened lateral surface 28 which extends laterally offset to the axis 8 of the drive shaft 7. Accordingly, the light-emitting diode 16 and the photo transistor 17 are positioned laterally offset from the axis, so that, as in the position shown, the light barrier is released. With a further rotation of the shaft, the light barrier is interrupted until the opposite, flattened lateral surface 28 releases the light barrier again with a rotation through 180 °. With each revolution, two pulses are also generated here, the opposite, flattened lateral surfaces 28 being selected for reasons of symmetry. A single flattening would also be possible to interrupt and open the light barrier, in which case a pulse is only generated per revolution of the shaft.
  • the printed circuit board 15 with the parts of the light barrier, the light-emitting diode 16 and the photo- which are fixedly arranged thereon is merely attached to the lower flange part 12.

Abstract

A centrifuge with a drive motor which is mounted in an aligned fashion in its motor housing and with a device for contactless detection of the speed of rotation of the drive shaft of the motor is known, this device having a pulse generator which is mechanically coupled to a rotating part of the motor or to a part which is rotationally connected to the motor, and having a pulse sensor which is connected in a stationary fashion to the housing, pulse generator and pulse sensor being positioned with respect to one another in such a way that when the motor is operating the pulse generator generates a signal sequence in the pulse sensor, the time function of which sequence is dependent on the speed of rotation. In order to construct such a device in such a way that it does not require any additional components with respect to the pulse generator, which produces as few interference influences at high speeds of rotation as possible and which permits a simple structure with a view to simple adjustment, a photoelectric beam which has an optical transmitter and an optical receiver and in whose beam inlet the power take-off side end of the shaft projects is used, the shaft forming the pulse generator and this end of the shaft having at least one recess in such a way that in the case of a rotation of the shaft said recess alternately interrupts and clears the beam inlet of the photoelectric beam.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laboratoriums-Zentrifuge mit einem Antriebs-Motor, der in seinem Motor-Gehäuse orientiert befestigt ist, und mit einer Einrichtung zur berührungslosen Erfassung der Drehzahl der Antriebs-Welle des Motors, wobei diese Einrichtung einen Impulsgeber aufweist, der mit einem rotierenden Teil des Motors oder einem mit dem Motor in Drehverbindung stehenden Teil mechanisch gekoppelt ist, und mit einem Impulsaufnehmer, der ortsfest mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei Impulsgeber und Impulsaufnehmer derart zueinander positioniert sind, daß der Impulsgeber bei Betrieb des Motors in dem Impulsaufnehmer eine Signal-Folge erzeugt, deren Zeitfunktion von der Drehzahl abhängig ist.The present invention relates to a laboratory centrifuge with a drive motor, which is fastened in an oriented manner in its motor housing, and with a device for contactless detection of the speed of the drive shaft of the motor, this device having a pulse generator which is connected to a rotating part of the motor or a part in rotary connection with the motor is mechanically coupled, and with a pickup that is fixedly connected to the housing, wherein the pulse generator and the pickup are positioned in relation to one another such that the pulse generator when the motor is operating in the pickup Generated signal sequence, the time function of which depends on the speed.

Zentrifugen mit derartigen Einrichtungen zur berührungslosen Erfassung der Drehzahl der Antriebs-Welle des Motors sind allgemein bekannt. Gerade beim Zentrifugieren ist es wesentlich, die genauen Drehzahlen und damit die erforderlichen Zentrifugalkräfte beim Zentrifugieren einzustellen. Für eine solche Drehzahlmessung sind verschiedene Systeme bekannt. Ein solches System verwendet eine sogenannte Index-Scheibe, das heißt eine Scheibe die auf die Antriebswelle des Motors aufgesetzt wird und die um den Umfang verteilt äquidistante Schlitze aufweist. Diese Scheibe läuft durch eine Hall-Sonde hindurch und erzeugt mit der Drehung der Welle eine drehzahlabhängige Impulsfolge. Ein weiteres System setzt ebenfalls eine solche Index-Scheibe ein, die über optische Elemente, beispielsweise eine Leuchtdiode und einen Phototransistor die Schlitzfolge der Index-Scheibe abgreift. Eine weitere Einrichtung zur berührungslosen Erfassung der Drehzahl der Antriebs-Welle des Motors setzt einen magnetisierbaren Ring ein, der wechselweise unterschiedlich magnetisiert ist. Zum Abgreifen dieser Magnetisierungsfolge wird ebenfalls eine Hall-Sonde als Impulsaufnehmer eingesetzt. Schließlich ist aus der Produktinformation "Suprafuge 22" der Heraeus Sepatech GmbH (2M 8.87/N Kr) eine Zentrifuge beschrieben, die mit einer automatischen Rotorerkennung ausgerüstet ist. Diese Rotorerkennung besteht aus einem Ringsegment auf der Unterseite des Rotors, der um den Umfang verteilt Balken mit unterschiedlichem Reflektionsvermögen aufweist. Durch die Art der unterschiedlichen Flächen kann der Rotortyp über einen Mikrocomputer automatisch ermittelt werden. Zum Abgreifen der einzelnen Felder werden auch hier optische Abtastelemente, die ortsfest in einem den Rotor umgebenen Zentrifugenkessel angeordnet sind, eingesetzt. Über solche Reflektionsfelder kann ebenfalls über die zeitabhängige Impulsfolge die Drehzahl ermittelt werden.Centrifuges with such devices for contactless detection of the speed of the drive shaft of the motor are generally known. Especially when centrifuging, it is essential to set the exact speeds and thus the required centrifugal forces when centrifuging. Various systems are known for such a speed measurement. Such a system uses a so-called index disk, i.e. a disk that is placed on the drive shaft of the motor and that has equidistant slots distributed around the circumference. This disk runs through a Hall probe and generates a speed-dependent pulse sequence with the rotation of the shaft. Another system also uses such an index disk, which taps the slot sequence of the index disk via optical elements, for example a light-emitting diode and a phototransistor. Another device for contactless detection of the speed of the drive shaft of the motor uses a magnetizable ring which is alternately magnetized differently. A Hall probe is also used as a pickup to pick up this magnetization sequence. Finally, the "Suprafuge 22" product information from Heraeus Sepatech GmbH (2M 8.87 / N Kr) describes a centrifuge that is equipped with automatic rotor detection. This rotor detection consists of a ring segment on the underside of the rotor, which has bars with different reflectivity distributed around the circumference. The type of different surfaces enables the rotor type to be automatically determined using a microcomputer. To scan the individual fields, optical scanning elements, which are arranged in a stationary manner in a centrifuge bowl surrounding the rotor, are also used here. The speed can also be determined via such reflection fields via the time-dependent pulse sequence.

Den vorstehenden Einrichtungen ist gemeinsam, daß sie einerseits einen am Rotor unmittelbar angeordneten Impulsgeber aufweisen - dies gilt auch für die Index-Scheibe - mit einem Impulsaufnehmer, der unmittelbar in der Nähe des Rotors ortsfest positioniert sein muß, um die Messwerte abzugreifen. Diese bekannten Einrichtungen müssen also gerade dort angeordnet werden, wo ohnehin bei einer Zentrifuge nur wenig Platz zur Verfügung steht. Weiterhin sind solche Einrichtungen aufwendig in ihrer Konstruktion und erfordern entweder ein zusätzliches Bauteil oder eine zusätzliche Bearbeitung des Rotors.What the above devices have in common is that on the one hand they have a pulse generator arranged directly on the rotor - this also applies to the index disk - with a pulse pickup, which must be positioned in the direct vicinity of the rotor in order to tap the measured values. These known devices must therefore be arranged precisely where there is little space available in a centrifuge anyway. Furthermore, such devices are complex in their construction and require either an additional component or additional machining of the rotor.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde eine Einrichtung zur berührungslosen Erfassung der Drehzahl der Antriebs-Welle des Motors einer Zentrifuge anzugeben, die insbesondere hinsichtlich des Impulsgebers keine zusätzlichen Bauteile erfordert, die möglichst wenig Störeinflüsse auf den eigentlichen Rotor, insbesondere bei hohen Drehzahlen mit sich bringt und die eine einfache Konstruktion im Hinblick auf eine einfache Justierung ermöglicht.The present invention is based on the object of specifying a device for contactless detection of the speed of the drive shaft of the motor of a centrifuge, which, in particular with regard to the pulse generator, does not require any additional components which have as little interference as possible on the actual rotor, in particular at high speeds brings and which allows a simple construction in terms of easy adjustment.

Diese Aufgabe wird bei einer Zentrifuge der eingangs beschriebenen Art gelöst durch eine einen Lichtsender und einen Lichtempfänger aufweisende Lichtschranke, in deren Strahlengang das abtriebsseitige Ende der Wellen hineinragt, wobei die Welle den Impulsgeber bildet und wobei dieses Ende der Welle mindestens eine Aussparung aufweist derart, daß sie bei einer Drehung den Strahlengang der Lichtschranke wechselweise unterbricht und freigibt. Weder an dem Rotor der Zentrifuge noch an irgendwelchen sonstigen sich drehenden Teilen werden zusätzliche Bauteile zur Drehzahlerfassung angeordnet; der Impulsgeber wird nur durch das abtriebsseitige Ende der Antriebs-Welle des Motors gebildet, die eine Aussparung aufweist. Diese Aussparung bzw. der dadurch gebildete Impulsgeber befindet sich in einem Bereich der Zentrifuge, der sehr weit von dem eigentlichen Rotor entfernt ist und somit keine Störeinflüsse hervorruft. Üblicherweise ist an der Unterseite des Rotors, das heißt am abtriebsseitigen Ende, ausreichender Raum vorhanden, um dort den Impulsaufnehmer in Form der Lichtschranke anzuordnen. Da die Welle des Motors dazu eingesetzt wird, die Lichtschranke wechselweise zu unterbrechen und freizugeben und damit eine drehzahlabhängige Impulsfolge hervorzurufen, das heißt die Lichtschranke in geringem radialen Abstand zur Achse der Antriebswelle angeordnet werden kann, ist kein großer Justieraufwand erforderlich, um die Lichtschranke so zur Antriebswelle zu positionieren, daß gewährleistet ist, daß die Antriebswelle den Strahlengang der Lichtschranke unterbricht oder freigibt. Weiterhin ist gewährleistet, daß bei einem Wechsel des Rotors, z.B. beim Beladen des Rotors oder bei dem Ersetzen des Rotors durch einen anderen Rotortyp die Teile der Drehzahlerfassung, das heißt der Impulsgeber und der Impulsaufnehmer, unberührt bleiben. Diese Bauteile sind an der Unterseite des Motors völlig geschützt und für den Anwender der Zentrifuge praktisch unzugänglich positioniert.This object is achieved in a centrifuge of the type described above by a light barrier having a light transmitter and a light receiver, into the beam path of which the output-side end of the shafts protrudes, the shaft forming the pulse generator and this end of the shaft having at least one recess such that it alternately interrupts and releases the beam path of the light barrier when it is turned. Neither the rotor of the centrifuge nor any other rotating parts are arranged additional components for speed detection; the pulse generator is formed only by the drive end of the drive shaft of the motor, which has a recess. This recess or the pulse generator formed thereby is located in an area of the centrifuge that is very far from the actual rotor and thus does not cause any interference. Sufficient space is usually available on the underside of the rotor, that is to say at the output end, in order to arrange the pickup there in the form of the light barrier. Since the shaft of the motor is used to alternately interrupt and release the light barrier and thus produce a speed-dependent pulse train, i.e. the light barrier can be arranged at a small radial distance from the axis of the drive shaft, no great adjustment effort is required to move the light barrier Position the drive shaft to ensure that the drive shaft interrupts or releases the beam path of the light barrier. Furthermore, it is ensured that when changing the rotor, for example when loading the rotor or when replacing the rotor with another rotor type, the parts of the speed detection, that is, the The pulse generator and the pickup remain unaffected. These components are fully protected on the underside of the motor and positioned practically inaccessible to the user of the centrifuge.

Für die Aussparungen an dem abtriebsseitigen Ende der Welle haben sich verschiedene Ausführungen als vorteilhaft erwiesen. Die Aussparung kann zum einen als parallel zur Achse verlaufenden Schlitz ausgebildet sein, wobei im Hinblick auf eine einfache Fertigung der Schlitz zur Stirnfläche der Welle hin geöffnet ist. Dieser Schlitz gibt mit jeder Drehung die Lichtschranke frei, wobei der Lichtstrahl durch diesen Schlitz von der Photo-Diode auf den Photo-Transistor fällt, während er in weiteren Winkelstellungen diese Lichtschranke unterbricht. Eine weitere bevorzugte Möglichkeit, die Lichtschranke zu öffnen bzw. zu schließen ist durch eine Bohrung gegeben, die quer zur Achse der Welle durch die Welle hindurchführt. Schließlich kann die Antriebswelle an ihrem abtriebsseitigen Ende an der Außenseite abgeflacht werden, so daß dieser abgeflachte Teil ebenfalls die Lichtschranke freigibt. Falls diese Abflachung nur geringfügig zur Achse hin ausgebildet ist, wird die Lichtschranke seitlich zur Achse der Antriebswelle versetzt positioniert. In jedem Fall ist gewährleistet, daß an der Antriebseinheit selbst keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind. Die Ausnehmung an dem abtriebsseitigen Ende der Welle kann in einfacher Weise gefertigt werden, da üblicherweise Motoren für Zentrifugen ohnehin spezielle Antriebswellen aufweisen und beispielsweise im CNC-Fertigungsverfahren nur sehr wenige bzw. nur ein zusätzlicher Fertigungsschritt hierzu erforderlich sind. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß keinerlei Vormontage am Rotor zwecks Drehzahlermittlung erforderlich ist und somit eine Minimierung der Lagerhaltung durch Wegfall von bisher üblichen Montagekomponenten und daraus zusammengesetzten Teilen zu erzielen ist.Various designs have proven to be advantageous for the cutouts at the output end of the shaft. On the one hand, the recess can be designed as a slot running parallel to the axis, the slot being opened toward the end face of the shaft with a view to simple manufacture. This slot releases the light barrier with each rotation, the light beam falling through this slot from the photo diode onto the photo transistor, while it interrupts this light barrier in further angular positions. A further preferred possibility of opening or closing the light barrier is provided by a bore which leads through the shaft transverse to the axis of the shaft. Finally, the drive shaft can be flattened on the outside at its output end, so that this flattened part also releases the light barrier. If this flattening is only slightly formed towards the axis, the light barrier is positioned offset to the side of the axis of the drive shaft. In any case, it is ensured that no additional components are required on the drive unit itself. The recess at the output-side end of the shaft can be manufactured in a simple manner, since motors for centrifuges usually have special drive shafts anyway and, for example, only a very few or only one additional manufacturing step is required for this in the CNC manufacturing process. It proves to be particularly advantageous that no pre-assembly on the rotor is required for the purpose of determining the speed, and thus minimizing the storage by eliminating the usual assembly components and parts composed thereof.

Um auch die Lichtschranke konstruktiv einfach aufzubauen und sie leicht montierbar zu gestalten, werden sowohl Lichtsender als auch Lichtempfänger auf einer Träger-Platte angeordnet, so daß sie in fester Zuordnung zueinander stehen. Diese Träger-Platte kann dann in einfacher Weise unterhalb des Motors befestigt werden, wobei diese Träger-Platte bevorzugt an einem Flanschteil des Motor-Gehäuses zentriert zur Achse der Welle gehalten ist. Die Antriebs-Motoren einer Zentrifuge werden üblicherweise ohnehin mit einem speziell gefertigten unteren Gehäuseteil ausgestattet, um die Antriebseinheit mit dem unteren Gehäuseteil auf einer Bodenplatte zu befestigen derart, daß die Antriebs-Welle vertikal nach oben ausgerichtet verläuft.In order to construct the light barrier in a structurally simple manner and to make it easy to assemble, both the light transmitter and the light receiver are arranged on a carrier plate, so that they are in a fixed association with one another stand. This carrier plate can then be attached in a simple manner below the motor, this carrier plate preferably being held centered on a flange part of the motor housing in relation to the axis of the shaft. The drive motors of a centrifuge are usually equipped anyway with a specially manufactured lower housing part in order to fix the drive unit with the lower housing part on a base plate such that the drive shaft runs vertically upwards.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird als Träger-Platte eine Leiter-Platte verwendet, die sowohl mit dem Lichtsender und dem Lichtempfänger bestückt sind und gleichzeitig die Leiterbahnen für die Stromzuleitung und Ableitung aufweist. Gleichzeitig kann diese Leiter-Platte einen Steckverbinder besitzen um den Lichtsender und den Lichempfänger mit einer zentralen Versorgungs- und Auswerteeinheit zu verbinden.In a further advantageous development, a conductor plate is used as the carrier plate, which is equipped with both the light transmitter and the light receiver and at the same time has the conductor tracks for the current supply and discharge. At the same time, this circuit board can have a connector to connect the light transmitter and the light receiver to a central supply and evaluation unit.

Um Störeinflüsse, die durch den Motor oder sonstige sich drehende Teile der Zentrifuge hervorgerufen werden könnten, wird die Leiter-Platte mit einem die Leiterbahnen abschirmenden, elektrisch leitenden Gitter versehen, das geerdet bzw. mit Potential des Motor-Gehäuses verbunden wird. Um diese Erdung bzw. Verbindung vorzunehmen, ohne zusätzliche Anschlüsse zu benötigen, kann das Gitter direkt mit dem Gehäuse elektrisch leitend verbunden werden, wobei in einer besonders einfachen konstruktiven Ausbildung diese Kontaktierung des Gitters mit dem Gehäuse direkt über die Befestigungsschrauben vorgenommen wird, mit denen die Leiter-Platte an dem Motor-Gehäuse befestigt wird.In order to avoid interference that could be caused by the motor or other rotating parts of the centrifuge, the circuit board is provided with an electrically conductive grid that shields the conductor tracks and is grounded or connected to the potential of the motor housing. In order to make this grounding or connection without requiring additional connections, the grid can be electrically conductively connected directly to the housing, and in a particularly simple construction this contacting of the grid with the housing is made directly via the fastening screws with which the Circuit board is attached to the motor housing.

Falls, wie bereits vorstehend beschrieben wurde, das untere Motor-Gehäuse mit einem Flanschteil zur Aufnahme der Leiter-Platte ausgestattet wird, ist eine Montage und Justierung der Lichtschranke an dem Motor-Gehäuse möglich, in dem die Träger-Platte oder Leiter-Platte direkt an diesem Flanschteil befestigt wird, wobei in einer solchen Anordnung das abtriebsseitige Ende der Antriebs-Welle exakt zwischen der Lichtschranke positioniert werden kann. Als Lichtsender hat sich eine Leucht-Diode und als Lichtempfänger ein Photo-Transistor gut bewährt; solche Bauteile sind handelsüblich und sehr kostengünstig.If, as already described above, the lower motor housing is equipped with a flange part for receiving the circuit board, it is possible to mount and adjust the light barrier on the motor housing in which the carrier plate or circuit board is directly is attached to this flange part, with the output-side end of the drive shaft can be positioned exactly between the light barrier in such an arrangement. A light emitting diode has become a light transmitter and a light receiver Well proven photo transistor; such components are commercially available and very inexpensive.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1
schematisch eine Zentrifuge im Längsschnitt mit Antriebseinheit, Rotor und eine Einrichtung zur berührungslosen Erfassung der Drehzahl,
Fig. 2
eine Leiter-Platte mit einem darauf angeordneten Impulsaufnehmer, wie er in der Zentrifuge nach Fig. 1 eingesetzt ist und
Fig. 3 bis 5
verschiedene Ausführungsformen des abtriebsseitigen Enden der Antriebs-Welle des Antriebs-Motors der Zentrifuge
Further details and features of the invention emerge from the subclaims and the following description of an exemplary embodiment with reference to the drawing. The drawing shows:
Fig. 1
schematically a centrifuge in longitudinal section with drive unit, rotor and a device for contactless detection of the speed,
Fig. 2
a circuit board with a pulse pickup arranged thereon, as used in the centrifuge according to FIG. 1 and
3 to 5
different embodiments of the output-side ends of the drive shaft of the drive motor of the centrifuge

Die Zentrifuge, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, weist ein Gehäuse 1 auf, das an der Oberseite mit einem Deckel 2 verschlossen ist. Der Deckel 2 ist über eine in den Gehäuserand eingelegte Dichtlippe 3 gegenüber dem Gehäuse 1 abgedichtet. Innerhalb des Gehäuses befindet sich ein Antriebs-Motor 4, der derart an der Bodenplatte 5 über schwingungsdämpfende Lagerteile 6 befestigt ist, daß eine Antriebs-Welle 7 bzw. deren Achse 8 vertikal verlaufend ausgerichtet ist. Auf dieser Antriebs-Welle 7 ist ein Festwinkel-Rotor 9 aufgesetzt, der mehrere Aufnahmen für Probenröhrchen 10 über seinen Umfang verteilt aufweist. Das abtriebsseitige Ende 11 der Antriebs-Welle 7 steht über ein unteres Flanschteil l2, mit dem der Motor an den Lagerteilen 6 aufgesetzt ist, geringfügig vor. Dieses abtriebsseitige Ende 11 besitzt einen Schlitz 13 der sich von der Stirnseite 14 der Welle 7 in Richtung der Achse 8 erstreckt, wie dies auch anhand der Fig. 3 zu erkennen ist. Zentrisch zu der Achse 8 ist, auf einer Leiter-Platte 15 montiert, wie sie die Fig. 2 zeigt, eine Lichtschranke mit einer als Lichtsender diendenden Leucht-Diode 16 und einem als Lichtempfänger dienenden Photo-Transistor 17 befestigt. Diese Leiter-Platte ist mittels Schrauben 18 an vier Öffnungen 19 an dem unteren Flanschteil 12 befestigt. Dieses Flanschteil 12 besitzt für die Befestigung der Leiter-Platte 15 mit den Schrauben 18 vier Sacklochbohrungen 20 auf. Durch die Anordnung der Leiter-Platte 15 an dem unteren Flanschteil 12 ist eine exakte Positionierung der durch die Leucht-Diode 16 und dem Photo-Transistor 17 gebildete Lichtschranke gegeben. Gleichzeitig ist die Leiter-Platte geschützt an der Unterseite des Motors befestigt, so daß ein Anwender auch beim Austauschen des Rotors 9 zu dieser Einrichtung zur berührungslosen Erfassung der Drehzahl der Antriebs-Welle 7 keinen Zugang hat. Die Leiter-Platte 15 trägt neben der Leucht-Diode 16 und dem Photo-Transistor 17 die notwendigen Leiterbahnen 21 zur Stromversorgung, wobei in Fig. 2 nur ein Teil der Leiterbahnen 21 auf der Oberseite der Leiter-Platte 15 zu sehen sind, während weitere Leiterbahnen auf der Unterseite der Leiter-Platte aufgebracht sind. Die Leiterbahnen enden in einem Kontaktstecker 22, in dem eine zu einer Auswerteinheit 23 führende Versorgungsleitung 24 eingesteckt wird. Diese Auswerteinheit 23 kann in einem beliebigen Bereich des Zentrifugen-Gehäuses 1 angeordnet werden. Auf der Leiter-Platte sind weiter Leiterbahnen in Form eines Gitters 25 verteilt, die die Leiterbahnen 21 zur Stromversorgung der Lichtschranke umgeben. Dieses Gitter 25 ist geerdet und bildet eine Abschirmung für die einzelnen Leiterbahnen 21. Dieses Gitter 25 wird, wie die Fig. 2 zeigt, über Anschlußbahnen 26, die zu den Öffnungen 19 der Leiter-Platte 15 führen, mit den Schrauben 18 mit dem unteren Flanschteil 12 des Motors 4 verbunden, so daß dieses Gitter 24 an dem Flanschteil 12 geerdet wird, ohne daß hierzu zusätzliche Bauteile erforderlich wären.The centrifuge, as shown in Fig. 1, has a housing 1, which is closed at the top with a lid 2. The cover 2 is sealed off from the housing 1 by a sealing lip 3 inserted into the edge of the housing. Inside the housing there is a drive motor 4 which is fastened to the base plate 5 via vibration-damping bearing parts 6 in such a way that a drive shaft 7 or its axis 8 is aligned vertically. A fixed-angle rotor 9 is placed on this drive shaft 7 and has a plurality of receptacles for sample tubes 10 distributed over its circumference. The output-side end 11 of the drive shaft 7 protrudes slightly above a lower flange part 12 with which the motor is attached to the bearing parts 6. This output-side end 11 has a slot 13 which extends from the end face 14 of the shaft 7 in the direction of the axis 8, as can also be seen from FIG. 3. Centrally to the axis 8, mounted on a circuit board 15, as shown in FIG. 2, is a light barrier with a light-emitting diode 16 serving as a light transmitter and one attached as a light receiver photo transistor 17 attached. This circuit board is fastened by means of screws 18 to four openings 19 on the lower flange part 12. This flange part 12 has four blind holes 20 for fastening the printed circuit board 15 with the screws 18. The arrangement of the circuit board 15 on the lower flange part 12 provides an exact positioning of the light barrier formed by the light-emitting diode 16 and the photo transistor 17. At the same time, the printed circuit board is securely fastened to the underside of the motor, so that a user has no access to this device for contactless detection of the speed of the drive shaft 7 even when the rotor 9 is replaced. In addition to the light-emitting diode 16 and the photo transistor 17, the printed circuit board 15 carries the necessary printed conductors 21 for the power supply, only a part of the printed conductors 21 being visible on the upper side of the printed circuit board 15 in FIG. 2, while others Conductor tracks are applied to the underside of the circuit board. The conductor tracks end in a contact plug 22 in which a supply line 24 leading to an evaluation unit 23 is inserted. This evaluation unit 23 can be arranged in any area of the centrifuge housing 1. Conductor tracks in the form of a grid 25, which surround the conductor tracks 21 for supplying power to the light barrier, are further distributed on the printed circuit board. This grid 25 is grounded and forms a shield for the individual conductor tracks 21. This grid 25 is, as shown in FIG. 2, via connecting tracks 26, which lead to the openings 19 of the circuit board 15, with the screws 18 with the lower one Flange part 12 of the motor 4 connected so that this grid 24 is grounded to the flange part 12 without additional components being required.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des abtriebsseitigen Endes 11 der Antriebs-Welle 7, in der die Aussparung durch eine die Mantelfläche der Welle 7 durchdringende Bohrung 26 gebildet wird. Dieser Bohrung 26 ist die Lichtschranke mit der Leucht-Diode 16 und dem Photo-Transistor 17 zugeordnet. Mit jeder Drehung der Antriebs-Welle 7 um 180° wird die Lichtschranke geöffnet bzw. geschlossen, so daß mit jeder vollen Umdrehung der Antriebswelle zwei Impulse erzeugt werden.Fig. 4 shows an embodiment of the output end 11 of the drive shaft 7, in which the recess is formed by a bore 26 penetrating the lateral surface of the shaft 7. The light barrier with the light-emitting diode 16 and the photo transistor 17 is assigned to this bore 26. With each rotation of the drive shaft 7 by 180 °, the light barrier is opened or closed, so that two pulses are generated with each full rotation of the drive shaft.

In der Ausführung nach Fig. 5 ist die Aussparung an dem abtriebsseitigen Ende 11 der Antriebs-Welle 7 durch eine abgeflachte Mantelfläche 28 gebildet, die seitlich versetzt zur Achse 8 der Antriebs-Welle 7 verläuft. Entsprechend ist die Leucht-Diode 16 und der Photo-Transistor 17 seitlich zur Achse versetzt positioniert, so daß, wie in der gezeigten Stellung, die Lichtschranke freigegeben wird. Mit einem weiteren Drehen der Welle wird die Lichtschranke unterbrochen, bis mit einer Drehung um 180° die gegenüberliegende, abgeflachte Mantelfläche 28 die Lichtschranke wieder freigibt. Mit jeder Umdrehung werden auch hier zwei Impulse erzeugt, wobei aus Symmetriegründen die gegenüberliegenden, abgeflachten Mantelflächen 28 gewählt sind. Eine einzige Abflachung wäre ebenfalls möglich, um die Lichtschranke zu unterbrechen und zu öffnen, wobei dann nur pro Umdrehung der Welle ein Impuls erzeugt wird.In the embodiment according to FIG. 5, the cutout at the output-side end 11 of the drive shaft 7 is formed by a flattened lateral surface 28 which extends laterally offset to the axis 8 of the drive shaft 7. Accordingly, the light-emitting diode 16 and the photo transistor 17 are positioned laterally offset from the axis, so that, as in the position shown, the light barrier is released. With a further rotation of the shaft, the light barrier is interrupted until the opposite, flattened lateral surface 28 releases the light barrier again with a rotation through 180 °. With each revolution, two pulses are also generated here, the opposite, flattened lateral surfaces 28 being selected for reasons of symmetry. A single flattening would also be possible to interrupt and open the light barrier, in which case a pulse is only generated per revolution of the shaft.

Um die Einrichtung zur berührungslosen Erfassung der Drehzahl der Antriebs-Welle des Motors 4 der Zentrifuge zu montieren, wird lediglich an dem unteren Flanschteil 12 die Leiter-Platte 15 mit den darauf fest angeordneten Teilen der Lichtschranke, der Leucht-Diode 16 und dem Photo-Transistor 17 montiert. Diese Leiter-Platte ist anschließend nur über den Anschlußstecker 22 mit der Auswerteeinheit 23 über die Versorgungsleitung 24 zu verbinden.In order to mount the device for contactless detection of the rotational speed of the drive shaft of the motor 4 of the centrifuge, the printed circuit board 15 with the parts of the light barrier, the light-emitting diode 16 and the photo- which are fixedly arranged thereon is merely attached to the lower flange part 12. Transistor 17 mounted. This circuit board is then only to be connected via the connector 22 to the evaluation unit 23 via the supply line 24.

Claims (13)

Laboratoriums-Zentrifuge mit einem Antriebs-Motor, der in seinem Motor-Gehäuse orientiert befestigt ist, und mit einer Einrichtung zur berührungslosen Erfassung der Drehzahl der Antriebs-Welle des Motors, wobei diese Einrichtung einen Impulsgeber aufweist, der mit einem rotierenden Teil des Motors oder einem mit dem Motor in Drehverbindung stehenden Teil mechanisch gekoppelt ist, und mit einem Impulsaufnehmer, der ortsfest mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei Impulsgeber und Impulsaufnehmer derart zueinander positioniert sind, daß der Impulsgeber bei Betrieb des Motors in dem Impulsaufnehmer eine Signal-Folge erzeugt, deren Zeitfunktion von der Drehzahl abhängig ist, gekennzeichnet durch eine einen Lichtsender und einen Lichtempfänger aufweisende Lichtschranke (16,17), in deren Strahlengang das abtriebsseitige Ende (11) der Welle (7) hineinragt, wobei die Welle (7) den Impulsgeber bildet und wobei dieses Ende (11) der Welle mindestens eine Aussparung (13;27;28) aufweist derart, daß sie bei einer Drehung der Welle (7) den Strahlengang der Lichtschranke (16,17) wechselweise unterbricht und freigibt.Laboratory centrifuge with a drive motor, which is fastened oriented in its motor housing, and with a device for contactless detection of the speed of the drive shaft of the motor, this device having a pulse generator which is connected to a rotating part of the motor or a part which is in rotary connection with the motor is mechanically coupled, and with a pulse pick-up which is fixedly connected to the housing, the pulse generator and pulse pick-up being positioned relative to one another in such a way that the pulse generator generates a signal sequence in the pulse pick-up when the motor is operating, whose time function depends on the speed, characterized by a light barrier (16, 17) having a light transmitter and a light receiver, into the beam path of which the output end (11) of the shaft (7) protrudes, the shaft (7) forming the pulse generator and wherein this end (11) of the shaft has at least one recess (13; 27; 28) such that ate it with a rotation of the shaft (7) alternately interrupts and releases the beam path of the light barrier (16, 17). Zentrifuge nach Anspruch 1l, dadurch gekennzeichnet, daß das abtriebsseitige Ende (11) der Welle (7) als Aussparung einen parallel zur Achse verlaufenden Schlitz (13) aufweist, der zur Stirnfläche (14) der Welle (7) geöffnet istCentrifuge according to claim 1l, characterized in that the output end (11) of the shaft (7) has as a recess a slot (13) running parallel to the axis, which is open to the end face (14) of the shaft (7) Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abtriebsseitige Ende (11) der Welle (7) als Aussparung eine die Mantelfäche durchdringende Bohrung (27) aufweist.Centrifuge according to Claim 1, characterized in that the output-side end (11) of the shaft (7) has a bore (27) penetrating the jacket surface as a recess. Zentrifuge nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (13) oder die Bohrung (27) in radialer Richtung verlaufen.Centrifuge according to claim 2 or 3, characterized in that the slot (13) or the bore (27) extend in the radial direction. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abtriebsseitige Ende (11) der Welle (7) als Aussparung eine abgeflachte Mantelfäche (28) aufweist.Centrifuge according to claim 1, characterized in that the output end (11) of the shaft (7) has a flattened jacket surface (28) as a recess. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender und der Lichtempfänger auf einer Trägerplatte (15) angeordnet sind.Centrifuge according to one of claims 1 to 5, characterized in that the light transmitter and the light receiver are arranged on a carrier plate (15). Zentrifuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (15) mit ihrer Platten-Ebene senkrecht zur Achse (8) der Antriebs-Welle (7) verläuft.Centrifuge according to claim 5, characterized in that the support plate (15) extends with its plate plane perpendicular to the axis (8) of the drive shaft (7). Zentrifuge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger-Platte als Leiter-Platte (15) mit einer Zuleitung für die Lichtquelle (16) und einer Ableitung für den Lichtempfänger (17) ausgebildet ist.Centrifuge according to claim 7, characterized in that the carrier plate is designed as a conductor plate (15) with a feed line for the light source (16) and a discharge line for the light receiver (17). Zentrifuge nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter-Platte ein die Leiterbahnen (21) abschirmendes, elektrisch leitendes Gitter (25) aufweist.Centrifuge according to claim 8, characterized in that the conductor plate has an electrically conductive grid (25) shielding the conductor tracks (21). Zentrifuge nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (25) elektrisch leitend mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.Centrifuge according to claim 9, characterized in that the grid (25) is electrically conductively connected to the housing (1). Zentrifuge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierung des Gitters (25) über Befestigungs-Schrauben (18), mit denen die Leiter-Platte (15) an dem Motor-Gehäuse befestigt ist, erfolgt.Centrifuge according to claim 10, characterized in that the grating (25) is contacted via fastening screws (18) with which the conductor plate (15) is fastened to the motor housing. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger- oder Leiter-Platte (15) an einem Flanschteil (12) des Motor-Gehäuses zentriert zur Achse (8) der Welle (7) gehalten ist.Centrifuge according to one of claims 6 to 11, characterized in that the carrier or conductor plate (15) is held centered on a flange part (12) of the motor housing relative to the axis (8) of the shaft (7). Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender eine Leucht-Diode (16) und der Lichtempfänger ein Photo-Transistor (17) ist.Centrifuge according to one of claims 1 to 12, characterized in that the light transmitter is a light-emitting diode (16) and the light receiver is a photo transistor (17).
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